思維可視化在教學(xué)中的適切運用

◇鄭思齊（江蘇：南京市棲霞區(qū)龍?zhí)吨行男W(xué)江畔人家校區(qū)）

思維可視化（Thinking visualization）是指通過可視化的圖示或圖示組合的方式，把原本不可視的思維結(jié)構(gòu)及規(guī)律、思考路徑及方法呈現(xiàn)出來，使其清晰可見的過程，它包含“視覺思維”和“有聲思維”兩種形式。思維可視化工具包括兩類，一類是圖示方法，包括概念圖、思維導(dǎo)圖、思維地圖等，另一類是生成圖示的軟件技術(shù)，包括imindmap，Mind manager，XMIND 等，可將抽象思維具體形象化、隱性思維顯性化，從而提高信息加工和信息傳遞的效率。《義務(wù)教育科學(xué)課程標準》指出，科學(xué)思維是從科學(xué)的視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式，主要包括模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等。經(jīng)過科學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生需要掌握基本的思維方法，具有初步的科學(xué)思維能力。

基于前人對于思維可視化的相關(guān)研究、信息加工理論、小學(xué)生認知發(fā)展階段性特點和科學(xué)學(xué)科特點，筆者認為：通過利用可視化工具，將學(xué)生大腦中原本看不見的思維呈現(xiàn)出來，同時借助學(xué)生的語言表達將原本抽象的思維顯現(xiàn)出來，將思維可視化運用到小學(xué)科學(xué)學(xué)科教學(xué)中，能幫助教師更加清楚地了解學(xué)生前概念，從而更好地確定教學(xué)起點和認知難點；能夠激發(fā)學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)興趣，促進學(xué)生科學(xué)知識體系的建構(gòu)、思維能力的發(fā)展、認知水平的提高、科學(xué)素養(yǎng)的提升；能夠豐富評價方式，多維度測評學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，實現(xiàn)學(xué)習(xí)效能和教學(xué)效能的雙向提高。因此，在科學(xué)教學(xué)過程中，教師需要創(chuàng)設(shè)真實的探究情境、選用合適的思維可視化教學(xué)策略，讓師生共同“看見”思維的發(fā)生、發(fā)展的過程。

一、找準教學(xué)起點和認知難點

“思維從何而來”，指向思維的發(fā)生過程。杜威認為，思維不會憑空而生，我們的思維都起源于直接經(jīng)驗的情境。當(dāng)學(xué)生處于問題情境時，就會憑借他們以往的經(jīng)驗和相關(guān)的知識儲備來思考和解決問題，即實際問題是思維的出發(fā)點。教師在教學(xué)過程中，在創(chuàng)設(shè)情境時需要考慮學(xué)生的生活經(jīng)驗，基于日常生活經(jīng)驗創(chuàng)設(shè)情境，以此引發(fā)認知沖突，利用工具讓思維沖突可視化，從而激發(fā)學(xué)生對科學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)動力。

例如，在蘇教版小學(xué)科學(xué)三年級上冊《食物的旅行》這一課教學(xué)之前，教師可以通過科學(xué)學(xué)習(xí)記錄單的形式，讓學(xué)生提前畫出食物在人體中消化的路徑，標出經(jīng)過部位的名稱及食物狀態(tài)。經(jīng)過前概念調(diào)查筆者發(fā)現(xiàn)，幾乎所有學(xué)生都知道食物從嘴巴（口腔）進入人體，在胃部進行消化，經(jīng)過腸子，從屁股（肛門）排出體外，但是對于消化道中消化器官的位置、形態(tài)及功能、消化道的順序，學(xué)生畫得并不相同。其中還有一些學(xué)生認為，因為大腦和心臟是人體非常重要的器官，沒有它們?nèi)司筒荒芑睿虼怂鼈円矃⑴c食物的消化。經(jīng)過分析學(xué)生的前概念圖和訪談發(fā)現(xiàn)：嘴巴和屁股是學(xué)生能夠直接接觸到的器官，他們對這兩個器官比較熟悉，只需在科學(xué)名稱的表達上加以規(guī)范即可；學(xué)生或多或少都有自己胃部不舒服或者看見別人胃不舒服的經(jīng)歷，生活中也常聽到家人或老師對于“吃飽了不能跑跳，不然容易胃疼”的提醒，知道從胃到肛門有腸子連接，但是對于胃和腸的大小形態(tài)、位置、功能并不清晰。教師通過畫圖的方式讓學(xué)生看見自己思維發(fā)生的過程，這樣不僅可以幫助教師了解學(xué)生對于人體消化的前概念，找準教學(xué)起點和認知難點，還可以通過引導(dǎo)學(xué)生在觀察、比較中了解自己的已有認知，開啟后續(xù)的有針對性的學(xué)習(xí)，進而提升學(xué)生自身的元認知能力。

二、讓學(xué)生多感官參與思維的展現(xiàn)過程

“思維怎么來”，指向思維的展現(xiàn)過程。解決問題是思維發(fā)展的關(guān)鍵，可以指引思維發(fā)展的方向。學(xué)生在問題解決的過程中，認知系統(tǒng)處于不平衡、不協(xié)調(diào)的狀態(tài)，這使其思維需要不斷運動，或是同化，或是順應(yīng)，努力將新接觸的知識與已有的思維結(jié)構(gòu)進行整合，通過這一過程不斷完善自己的思維結(jié)構(gòu)與認知系統(tǒng)。因此，教師在教學(xué)過程中，可以充分利用思維可視化工具，讓學(xué)生多感官參與思維的展現(xiàn)過程。

（一）優(yōu)化教學(xué)課件，促進思維展現(xiàn)順序可視化

根據(jù)皮亞杰的認知發(fā)展階段論可知，小學(xué)生的思維還處于以具體形象思維為主的階段，相較于文字和教師語言表達，視頻、動圖、實物更能吸引他們的注意力。因此教師在課件制作的過程中需要考慮處于不同年齡段學(xué)生的年齡特點，選用適切的思維可視化工具，幫助學(xué)生在科學(xué)探究前明確探究目的、步驟、結(jié)論等，以防影響學(xué)習(xí)效果。例如，在實驗步驟的教學(xué)中，對于3～4 年級學(xué)生，教師可以自己或請學(xué)生拍攝實驗操作視頻，然后配以字幕播放；也可以呈現(xiàn)實物，請學(xué)生一邊操作一邊講解以核對其是否明確操作步驟；對于5～6 年級學(xué)生，教師可以選用魚骨圖、流程圖的方式逐條呈現(xiàn)實驗步驟。對于一些實驗器材或者工具的使用，教師可以拍攝動圖（可根據(jù)需要放大細節(jié)）進行反復(fù)播放。對3～4 年級學(xué)生，教師可以提供一定的表達示例，引導(dǎo)學(xué)生條理清晰地去表達；對于1～2 年級學(xué)生，如蘇教版小學(xué)科學(xué)一年級下冊《形形色色的動物》這樣的課，教師還可以引導(dǎo)他們用動作、聲音等方式進行表達。根據(jù)學(xué)生的理解能力選擇恰當(dāng)?shù)乃季S可視化工具進行課件制作，能夠幫助學(xué)生提升科學(xué)思維的邏輯能力。

（二）基于科學(xué)記錄，促進思維展現(xiàn)內(nèi)容可視化

教師想要通過教學(xué)活動實現(xiàn)學(xué)生科學(xué)思維能力的提升，促進學(xué)生從具體形象思維向抽象邏輯思維的發(fā)展，就需要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會將隱性思維轉(zhuǎn)化為顯性思維，這個過程離不開科學(xué)記錄?？茖W(xué)記錄的方式有很多，可以根據(jù)學(xué)生和課程不同進行選擇，例如，1～2 年級的學(xué)生識字較少、寫字較慢，教師引導(dǎo)學(xué)生用打鉤、畫圈等方式進行比較，用粘貼等方式進行分類，用畫圖等方式突破思維定式進行想象，等等；對于5～6 年級的學(xué)生，可以選用圖文結(jié)合、數(shù)據(jù)分析、圖表等方式提升推理與論證能力，選擇材料制作模型的方式提升模型建構(gòu)能力，選擇繪制思維導(dǎo)圖、概念圖等方式提升抽象概括能力，選擇氣泡圖來提升發(fā)散性思維能力，等等。豐富多樣的科學(xué)記錄方式都是在記錄學(xué)生的思維過程和內(nèi)容，當(dāng)學(xué)生能夠自如地選用思維可視化方式進行記錄并經(jīng)由語言表達進行交流與分享時，其科學(xué)思維能力一定得到了發(fā)展與提升。

三、評測科學(xué)思維培養(yǎng)效果

“思維如何再現(xiàn)”指向思維的再現(xiàn)過程。何時會思維再現(xiàn)？除了解決問題，就屬反思評價了。教師在教學(xué)過程中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會對自己的學(xué)習(xí)和思維過程進行反思評價，關(guān)注學(xué)生的反思評價情況是否及時、準確、全面，并將自己的觀察反饋給學(xué)生。與此同時，在學(xué)生需要時教師應(yīng)提供腳手架，鼓勵學(xué)生將自己在學(xué)習(xí)和反思過程中所產(chǎn)生的疑問、想法，形成的思考方式、策略以及最終掌握的知識情況等，運用適合的和自己擅長的可視化方式記錄下來，從而讓自己看到自己的思維過程，促進學(xué)生深度思維的發(fā)展。這種方式有利于構(gòu)建一個更加具體形象、不斷完善的科學(xué)認知系統(tǒng)，知識的記憶、加工和提取也更加方便。

（一）采用圖示工具進行反思評價

圖示表征是指人們對概念知識的獲得、提取及輸出，是知識在人大腦中的圖示表現(xiàn)。學(xué)生采用思維可視化方式進行知識表征，既可以讓原本抽象的科學(xué)概念更加具體形象、直觀可感，降低科學(xué)概念的理解難度，又有利于教師了解學(xué)生對于科學(xué)概念的掌握情況。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生使用氣泡圖、概念圖、思維導(dǎo)圖等思維可視化工具進行反思評價，進而幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點，提升科學(xué)思維能力，進而提高科學(xué)學(xué)習(xí)效率。

例如，在學(xué)生學(xué)完蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級下冊“簡單機械”單元后，教師可以指導(dǎo)學(xué)生畫一幅單元思維導(dǎo)圖。學(xué)生在繪制的過程中會再現(xiàn)自己的學(xué)習(xí)過程，反思自己學(xué)習(xí)前的困惑是否解決、是否產(chǎn)生新的疑問。這樣不僅完善了學(xué)生自己原有的科學(xué)知識體系，還發(fā)展了自身的歸納、概括、推理、分析等科學(xué)思維能力，同時也提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提升了后續(xù)的科學(xué)學(xué)習(xí)的積極性，加強了科學(xué)與生活的聯(lián)系。又如，在學(xué)生學(xué)完蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級下冊“生物與環(huán)境”單元后，教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計一張宣傳海報，呼吁人們保護環(huán)境，努力實現(xiàn)人與自然和諧相處。這時學(xué)生就需要綜合考慮各種因素：一張畫紙，既要包含生物與非生物因素，又要凸顯人類行為的影響力；內(nèi)容既要老少皆宜，又要發(fā)人深??；既要體現(xiàn)危機意識，又不能引起恐慌……若教師在教學(xué)過程中能夠經(jīng)常采用思維可視化方式培養(yǎng)學(xué)生的反思評價意識，則能夠為學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)和研究指引方向，科學(xué)學(xué)習(xí)也將事半功倍。

（二）通過問題解決進行反思評價

科學(xué)思維不會自然發(fā)生，它由問題解決引發(fā)和維持。因此，科學(xué)教師可以參考PISA 科學(xué)素養(yǎng)試題，也可以通過創(chuàng)設(shè)相關(guān)的真實問題情境，評測學(xué)生能否利用已有的知識經(jīng)驗和現(xiàn)實問題情境提出可研究的問題，或制訂可行的探究方案，抑或進行歸納、概括和總結(jié)。

例如，在學(xué)生學(xué)完蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級上冊《簡單電路》一課后，可以給學(xué)生電池、導(dǎo)線、小燈泡、開關(guān)等基本材料，讓學(xué)生設(shè)計一個LED 手環(huán)，或者讓學(xué)生設(shè)計這樣一個簡單電路：電路中有兩個開關(guān)，其中一個開關(guān)同時控制兩個小燈泡，而另一個開關(guān)只能控制其中一個小燈泡，讓學(xué)生在問題解決的過程中進行思維再現(xiàn)和知識遷移。又如，在教學(xué)蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級下冊《適應(yīng)生存的本領(lǐng)》一課時，教師可以讓學(xué)生利用其在課堂基于圖表分析角馬遷徙的原因的學(xué)習(xí)方法，歸納、概括、總結(jié)出銀鮭魚和北極燕鷗遷徙的原因。

綜上所述，教師在小學(xué)科學(xué)的教學(xué)過程中，根據(jù)學(xué)生年齡特點和課程類型，和學(xué)生一起做出嘗試和努力，選擇適切的思維可視化工具，讓學(xué)生看見、聽見自己的思維過程，相信這種教學(xué)策略的施行，一定能夠讓學(xué)生的科學(xué)思維能力得到提升，元認知水平得到提高，學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)和教師的科學(xué)教學(xué)都將事半功倍！